刘店矿岩巷喷射钢纤维混凝土支护技术试验.pdf

煤炭工程 2 0 1 0年第 1 期 刘店矿岩巷喷射钢纤维混凝土 支护技术试验 鲁 根 ( 淮北矿业集 团公 司 刘店煤矿 ，安徽 淮北2 3 5 ~o ) 摘要：刘店煤矿 一6 4 1 m水平主井马头门改用喷射钢纤维混凝土支护技术后 ，不仅保证 了 巷道 支护强度达到设计要求 ，巷道无 变形、无浆皮开裂现 象，而且显著降低 了成本 ，缩短 了工 期 ，保障了矿井安全生产，取得 良好的社会效益和经济效益。 关键词 ：巷道支护；钢纤维混凝土；配比 中图分类号：T D 3 5 3 ． 6 文献标识码：B 文章编号 ：1 6 7 1 — 0 9 5 9 ( 2 0 1 0 ) 0 1 _ ( ) 0 3 2 _ ( ) 2 钢纤维混凝土是 在普通 混凝 土中 ，均匀地 乱 向分 布一 定量的钢纤维，通过管道输送装置在高压作用下将掺入钢 纤维的混凝土拌合物高速喷射到施工作业面，形成一种纤 维型和颗粒型新型复合材料，既具有普通混凝土的优良性 能，又能显著地改善混凝土的抗拉、抗弯强度、抗 冲击、 抗疲劳性能，具有良好的阻裂限缩能力 ，并能大幅度提高 混凝土的韧 性 ，因而被广 泛地应 用于 隧道衬砌 和护坡 、矿 山巷道支护 、路 面、桥 面 、机场跑 道 、水工 建筑 以及 工业 与民用建筑领域 ，适合于抗拉、抗弯、抗折裂、抗疲劳等 各项性能指标要求 较高 的工程或工 程局 部部位 。2 0 0 7年 5 月 ，淮北矿业集 团公 司和 安徽理 工大学合 作首 次对刘店 煤 矿 主井马头门等关键地段实施钢纤维混凝土支护试 验。 1工程概 况 刘店煤矿 一6 4 1 m水平 主井两翼 马 头门长度 5 2 ． 2 m，最 大断面宽为4 ． 9 4 m，高为4 ． 9 7 m。顶底板岩性变化较大，从 揭露的岩性来看，以砂质泥岩为主，暴露后易风化、强度 低。原支护形式为锚网喷浇注混凝土复合支护，施工难度 大、成本高。为了改善混凝土回弹料大，受拉易产生裂缝 的缺 陷 ，减 小 巷 道 变 形 ，提 高 混凝 土 的 整 体 力 学 性 能 。 2 0 o 8年 1 月改为采用高强锚杆 和喷 1 5 0 m m厚的钢纤维混凝 土支护 ，在改变 支护设计 之前 ，两翼 马头 门只实施 了锚 网 喷临时支 护，浇注 混凝土 支护未 实施。待采用 喷射 钢纤维 混凝土作为永久支护后 ，增加了一层锚网喷支护，采用高 强树脂锚杆 ，锚杆规格为 ：中2 0 2 4 0 0 ra m，网规格 1 8 0 0 m m l ~0 m m，锚杆 间排 距 8 0 0 mm X 8 0 0 m m；先 喷 1 5 0 mm厚 的钢纤维混凝土，喷射的钢纤维混凝土强度为 C 2 0 ；等验 收合格以后再喷 3 0 ra m厚的素混凝土，喷射的素混凝土强 度为C 2 0 。 3 2 2室 内配 比实 验 在现场应用之前，对现场采用的配制混凝土材料和钢 纤维在 R MT一1 5 0 B试验机上进行了钢纤维混凝土配合比试 验。通过不同体积率下钢纤维混凝土基本力学性能测试， 钢纤维混凝土有效地提高了混凝土喷层 的抗拉强度、抗折 强度和弯曲韧性。试验结果表明：当钢纤维在混凝土中的 掺量 为 0 ． 5 ％ 、1 ％ 、1 ． 5 ％ 时 ，混 凝 土 试 块 ( 1 O 0 m m 1 0 0 m m 4 0 0 mm) 的抗折强度分别提高了 3 5 ． 5 ％、4 7 ． 1 ％、 6 2 ． 4 ％，混凝 土 的弯 曲 韧 性 指 数 分 别 提 高 了 2 ． 3 ％、 1 2．1 ％ 、78 ． 2％ 。 同时 ，通过 钢纤 维混 凝 土 喷层 半 圆拱 室 内试验 得 出， 巷道破坏主要从拱 部顶 点中 间部 位开 裂 ，因为拱 部 内圈受 拉，先是内圈的混凝土或钢纤维混凝土受拉破坏引起 ，内 罔 因受拉而产 生裂缝 。实 际结构 的破 坏现象 表明 ，从开始 受压到破坏为止大致经历弹性受力、裂缝出现和开展、破 坏三个阶段。破坏后钢纤维混凝土试件表现出来裂而不碎 的现象。通过 试验得 出当钢纤维体 积率 分别 为 0 ． 5 ％、 1 ． 0 ％时，与普通混凝土相比其极限承载力分别提高 5 0 ％、 6 6 ． 7 ％，内侧环向拉应变分别提高 2 9 ． 9 ％、6 6 ． 7 ％，随着 钢纤维体积率的增加其承受荷载的能力和应变在增大，说 明钢纤维混凝土用于巷道支护可 以满足大变形的条件。 3现场 工程 实施 为 了检验施工工艺 的可行 性和钢 纤维 混凝土在 井下巷 道的支护效果 ，2 0 0 7年 1 1月和 1 2月 ，先后在 一6 4 1 m水平 南翼石门、外水仓两个地点分三次进行了现场喷射钢纤维 混凝土试验 ，取得成功，证明了施工工艺的可行性。随后 在主井下 口两翼马头门进行了钢纤维混凝土工业应用试验 ， 收稿 日期 ：2 0 0 9— 0 7— 0 2 作者简介：鲁根( 1 9 8 3一) ，男 ，安徽颍上人，2 0 0 7年毕业于中国矿业大学采矿工程专业 ，现任职于刘店煤矿生产技 术部。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年第 1期 煤炭 工程 通过二个月的现场观测表明，采用这种新技术支护不仅强 度达 到设 计要求 ，回弹少 ，巷 道无变 形、无浆皮 开裂现 象 ， 而且显著地降低了成本 ，缩短了工期。 现场使用 的喷浆机型号 为 P Z一5 B型 ，额定最大 骨料直 径为 2 0 m m，输送管内径为 5 0 m m的高压橡胶软管，喷浆机 的供风压力在 0 ． 4 MP a ，水从喷头后加入与材料一起喷出， 水压0 ． 5 M P a 左右。喷射地点在距离喷浆机7 m处，送料管长 8 m，分为两段，在喷浆机出口向外 1 ． 5 m处有一接头，喷射 面为主井马头门整个断面。在整个喷射过程当中，未出现任 何堵管现象 ，钢纤维垂直墙面竖立 的状 态很 少 ，回弹量亦不 多 。总的来 说 ，此次喷射 的钢纤维混凝 土效果较好 。 4 效 果评 价与 推广 应 用 1 )刘店煤矿 一 6 4 1 m水平主井 马头门自采用喷射钢纤 维混凝土支护技术后，支护强度达到设计要求 ，回弹量少 ， 巷道无变形、浆皮无开裂现象。与使用锚 网喷浇注混凝土 复合支护材料相比，节约成本 2 1 ． 3万元，工期提前 1 5 d ， 取得 了较好经 济效益和社会效益 。 2 )结合现场试验与喷浆机械设备 ，当使用体 积率为 0 ． 7 5 ％左右 、长度 2 0 m m 的 波浪 型 钢纤 维 为最 优 ，根据 现 、 s 、 ( 上接 第 3 1页) ( a ) 全螺纹 钢锚杼 支护 ( b ) 高强度预紧力锚杆支护 图 4锚杆 支护效果对 比 回采期间巷道 表 面位移 有所 增 加 ，超前 支 承应力 剧烈 影响地段 的巷道表 面位移 相 比掘进期 间增 加 了 5 0 ％ ，但 整 段巷道基本没发生明显 的变形破坏现象，两帮和顶板的煤 岩体基本保持完好状态 ，保证 了深部巷道回采期问的围岩 稳 定。 场试验 提出了喷射钢纤维混凝土 的安全施 工法。 3 ) 喷射钢纤维混凝土支护在刘 店煤 矿 一 6 4 1 m水平井底 车场巷道进行了推广应用，采用喷射钢纤维混凝土和 U型联 合支护技术 ，为混凝土提供 了微型配筋 ，能与 围岩及 时、完 全 的结合 ，充分发挥 围岩 自承能力 ，同时钢纤维 混凝 土把 U 型棚架包裹起来 ，形成了钢纤维混凝土内布置了 “ 钢筋”的 构件，提高了整体支护强度，使支护层受力均匀，经过观察 在棚与棚之间，喷射钢纤维混凝土的部位没有裂痕。 5结论 刘店 矿 一 6 4 1 m水平南翼轨 道石 门、外 水仓 、马 头门与 井底车场，采用喷射钢纤维混凝土支护后，及时改善了围 岩关系，提高了巷道整体支护强度。与传统的锚网喷浇注 混凝 土方 法相 比 ，喷射 钢纤维 混凝 土具 有经 济效 益好 、施 工时间短 、支护效果好的特点。该项技术的推广应用，将 对我国煤矿巷道支护工艺改革具有推动作用。 参 考文献 ： [ 1 ] 韩兴腾 ，张宏学 ，李多权．煤矿软岩巷道支护喷射钢纤 维混 凝土的施工要点 [ J ] ．煤 炭技术 ，2 0 0 8 ，2 7 ( 9 ) ：9 8～ 9 9 ． ( 责任编辑李泽荃 ) 4结论 高强高预紧力锚杆支护系统不但在杆体材质及其附属 构件上进行 了优化 ，杜绝 了锚杆及其 护表构件 的破坏现 象 ， 并且通过安装机具的合理配套，实现了高预紧力、高强度 支护 ，大幅度提高了支护系统的初期支护刚度喝强度，保 证了锚固区内围岩完整性，减小了围岩强度的降低 ，真正 实现 了锚杆 的 主动 、及 时支 护 ，控制 顶板 离层 、约 束两 帮 位移 的效果 显著 ，满 足 了深井 煤巷 一次 成巷 、不再 返修 的 要求 。同时其经 济效 益也 十分 显著 ，高 强高 预紧力 锚杆 支 护虽 比原 支 护 多投人 材 料 费用 4 7 2 ． 9 1 m，但 不需 要 修 复，而原支护巷道在服务期间平均需要修复一次，原支护 费用为 1 4 0 0 m，修复费用为原支护费用 的 5 0 ％，综合 支护费用与修复费用 ，高强高预紧力锚杆支护与原支护相 比可节约施工费用 2 2 7 ． 0 9元／ m。协庄煤 矿深部 巷道支 护实 践表 明，高强高 预紧力 锚杆 支护 系统是 有效 控制深 部巷 道 围岩变形 和破坏 的支护形式 。 参考文献 ： [ 1 ] 康红普 ， 王金华，林健．高预应力强力支护系统及其在深部 巷道 中的应用 [ J ] ．煤炭学报 ，2 0 0 7 ，3 2 ( 1 2 ) ． [ 2 ] 张农，高明仕．煤巷高强预应力锚杆支护技术与应用 [ J ] ． 中国矿业大学学报 ，2 0 0 4，3 3 ( 5 ) ． [ 3 ] 王永革 ．高强 度锚杆 和锚 索联合 支护技 术 的应用 [ J ] ．煤 炭工程 ，2 0 0 5 ，( 6 ) ． [ 4 ] 康红普．深部煤巷锚杆支护技术的研究与实践 [ J ] ．煤矿 开采，2 o o 8 ，1 3 ( 1 ) ． ( 责任编辑章新敏) 3 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m